專利名稱：半穿心式內(nèi)牛腿鋼管混凝土柱單梁節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種建筑中鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，尤其是一種半穿心式內(nèi)牛腿鋼管混凝土柱單梁節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
我國(guó)的建筑正在向高層、超高層及大跨度結(jié)構(gòu)發(fā)展，復(fù)雜的建筑體系不斷出現(xiàn)?，F(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)要求單柱軸向力大，并滿足結(jié)構(gòu)抗震和抗風(fēng)性能要求。如何更有效地減小柱的截面尺寸及提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)迫切需要解決的問題。鋼管混凝土柱具有承載能力高、構(gòu)件截面尺寸小、抗震性能好、構(gòu)件生產(chǎn)定型化及施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載發(fā)展的需要，符合現(xiàn)代化施工技術(shù)的工業(yè)化要求，因而正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)廠房、高層和超高層建筑、特種結(jié)構(gòu)等，并已取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和建筑效果，是結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。但其結(jié)構(gòu)的抗震性能，特別是節(jié)點(diǎn)的抗震性能，仍缺乏充分的理論研究、試驗(yàn)研究和驗(yàn)證。
鋼管混凝土是在勁性鋼筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基礎(chǔ)上演變和發(fā)展起來(lái)的。在薄壁鋼管內(nèi)填充混凝土，將兩種不同性質(zhì)的材料進(jìn)行組合，協(xié)同受力，很好地發(fā)揮了鋼材和混凝土兩種材料的特性和潛力。最早采用鋼管混凝土的工程之一是1879年英國(guó)的賽文鐵路橋橋墩，隨后又被用做單層或多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)柱。對(duì)鋼管混凝土力學(xué)性能進(jìn)行較為深入的研究，及這類結(jié)構(gòu)被大范圍推廣應(yīng)用主要是在20世紀(jì)60年代以后。
前蘇聯(lián)在20世紀(jì)五、六十年代對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究，并在一些土建工程中應(yīng)用。在歐洲，如英國(guó)、德國(guó)和法國(guó)等國(guó)家，主要研究方鋼管混凝土、圓鋼管混凝土和矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，核心混凝土為素混凝土，或在核心混凝土中配置鋼筋或型鋼，目前的設(shè)計(jì)規(guī)程主要有EC4(1996)和NDI18800(1997)；在美國(guó)，以研究方鋼管混凝土和圓鋼管混凝土為主，核心混凝土為素混凝土，設(shè)計(jì)規(guī)程主要有ACI319-89，SSLC(1979)和LRFD(1994)；在日本，1923年關(guān)東大地震后，發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在該次地震中的破壞并不明顯，故在以后的建筑中尤其是(多)高層建筑中，鋼管混凝土得到大量應(yīng)用，特別是1995年阪神地震后，鋼管混凝土更顯示了優(yōu)越的抗震性能，鋼管混凝土的研究成為熱門課題之一。目前的設(shè)計(jì)規(guī)程主要有AIJ(1980，1997)。澳大利亞和加拿大等國(guó)學(xué)者對(duì)薄壁鋼管混凝土進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，目前正在編制自己的設(shè)計(jì)規(guī)程。
我國(guó)主要研究在鋼管中灌素混凝土的內(nèi)填型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，特別是近十幾年來(lái)，我國(guó)對(duì)鋼管混凝土的研究日趨深入，這種結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新階段，無(wú)論是科學(xué)研究，還是設(shè)計(jì)施工，都有了較大的進(jìn)展。目前已先后由國(guó)家建材總局、建設(shè)部、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委和中國(guó)人民解放軍總后勤部頒布了各自有關(guān)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)程，主要有JCJ1-89(1989)，CECS2890(1992)，DL/T5085-1999(1999)和GJB(1999)。實(shí)際工程應(yīng)用也迅速增加，從局部柱子采用鋼管混凝土柱發(fā)展到大部分柱子采用，又進(jìn)展到全部柱子采用，由在近百米高度的建筑中采用，發(fā)展到被近三百米高度的超高層建筑所采用，取得了令人矚目的成就。如1996年建成的廣州新中國(guó)大廈，地面以上結(jié)構(gòu)總層數(shù)51層，總高度201.8米。1998年建成的深圳賽格廣場(chǎng)，72層，292米。均為采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的代表性建筑?？梢灶A(yù)期，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的21世紀(jì)，在高層和超高層建筑中，鋼管混凝土柱必將取代勁性鋼筋混凝土柱和鋼柱，而居于優(yōu)先采用的地位。
隨著鋼管混凝土結(jié)構(gòu)理論的日益完善和在工程結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用，鋼管混凝土柱與梁板的節(jié)點(diǎn)成為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)研究和推廣的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。由于對(duì)鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)研究的不成熟，限制了這種結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展。我國(guó)現(xiàn)有的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程(或標(biāo)準(zhǔn))僅提供了幾種典型的鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)形式及構(gòu)造措施，遠(yuǎn)不能滿足工程實(shí)際的需要。許多結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)實(shí)際情況和自己的工程經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)造并設(shè)計(jì)出多種新型節(jié)點(diǎn)，面臨多樣化的節(jié)點(diǎn)型式，試驗(yàn)和理論研究嚴(yán)重滯后，提出較為典型性的節(jié)點(diǎn)型式，并作好節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)與理論研究工作具有重大的研究意義和現(xiàn)實(shí)意義。
鋼管混凝土框架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足強(qiáng)度和剛度的要求，并保持傳力明確，使鋼管和內(nèi)部核心混凝土能共同工作。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足便于制作、安裝和澆灌管內(nèi)混凝土的要求。由于鋼管混凝土柱本身是一個(gè)連續(xù)體，在各個(gè)樓層標(biāo)高處不斷開，使樓蓋梁板只能從柱子側(cè)面與其連接，造成了節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)、施工上均較為復(fù)雜和困難。目前節(jié)點(diǎn)研究的水平落后于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，主要表現(xiàn)為(1)節(jié)點(diǎn)型式多樣化，缺乏典型性的更加先進(jìn)合理的節(jié)點(diǎn)型式；(2)試驗(yàn)研究較零散，缺乏系統(tǒng)性。目前，雖然鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究很多，但試驗(yàn)焦點(diǎn)集中在節(jié)點(diǎn)承載力上，試驗(yàn)缺乏連貫性和系統(tǒng)性，對(duì)受力機(jī)理和設(shè)計(jì)方法的研究還不夠深入；(3)鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)整體抗震性能和節(jié)點(diǎn)的抗震性能研究較少，從現(xiàn)有的試驗(yàn)資料來(lái)看，鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)的靜力試驗(yàn)做得較多，動(dòng)力試驗(yàn)做得少，對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究較少，而整體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)臺(tái)抗震性能試驗(yàn)更是空白；(4)對(duì)節(jié)點(diǎn)的受力狀況缺乏深入的分析研究，沒有一套較完整的計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法。目前，大多數(shù)鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)還沒有一套較為完整和成熟的計(jì)算理論和明確的設(shè)計(jì)方法，往往只能依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行截面和配筋設(shè)計(jì)，這不利于整個(gè)結(jié)構(gòu)的可靠度控制，可能造成材料的浪費(fèi)或安全上的隱患。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種同時(shí)承受彎剪力、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的一種半穿心式內(nèi)牛腿鋼管混凝土柱單梁節(jié)點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種半穿心式內(nèi)牛腿鋼管混凝土柱單梁節(jié)點(diǎn)，包括鋼管和槽鋼，其中在至少1個(gè)方向的鋼管壁上設(shè)有可于水平向穿過槽鋼的兩個(gè)通孔，兩條槽鋼的一端穿過通孔并伸入鋼管內(nèi)與鋼管外側(cè)固接后形成該方向梁的半穿心式連接牛腿；在鋼管與槽鋼的連接處外圍設(shè)有鋼筋混凝土環(huán)梁。
本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)方案是槽鋼伸入鋼管內(nèi)的長(zhǎng)度以鋼管直徑的1/4為佳。
本實(shí)用新型也可以這樣實(shí)現(xiàn)梁的主筋與槽鋼搭接并伸入環(huán)梁內(nèi)，這樣可免除焊接，既保證梁主筋的充分搭接錨固，又避免高空焊接作業(yè)帶來(lái)的施工麻煩和焊接質(zhì)量問題，確保節(jié)點(diǎn)的安全性和簡(jiǎn)化施工。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下述的主要特點(diǎn)(1)牛腿型鋼構(gòu)件同時(shí)承受彎剪作用，充分發(fā)揮節(jié)點(diǎn)中牛腿的功能，合理經(jīng)濟(jì)。在現(xiàn)有多種節(jié)點(diǎn)中的牛腿型鋼部件多為抗剪支托(只承受剪力)，該節(jié)點(diǎn)的牛腿型鋼同時(shí)承受彎剪作用，既承受彎曲應(yīng)力(型鋼翼緣)，又承受剪切應(yīng)力(型鋼腹板)，使節(jié)點(diǎn)受力合理，構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)經(jīng)濟(jì)。
(2)牛腿型鋼插入鋼管采用半穿心式，即只部分插入。保留全穿心式所具備的節(jié)點(diǎn)受力整體性，又避免全穿心式所帶來(lái)的材料浪費(fèi)和施工不便(不便于鋼管中混凝土的澆注)，使節(jié)點(diǎn)更加安全而又施工簡(jiǎn)便。
(3)梁主筋與外伸型鋼長(zhǎng)牛腿采用搭接(梁主筋伸入環(huán)梁)，免除焊接，既保證梁主筋的充分搭接錨固，又避免高空焊接作業(yè)帶來(lái)的施工麻煩和焊接質(zhì)量問題，確保節(jié)點(diǎn)的安全性和簡(jiǎn)化施工。
(4)經(jīng)過節(jié)點(diǎn)的靜力試驗(yàn)、偽靜力試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)模型模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、節(jié)點(diǎn)有限元計(jì)算和理論分析等一系列研究表明，該節(jié)點(diǎn)受力合理，安全可靠，有很高的抗震安全性。
(5)經(jīng)實(shí)際工程應(yīng)用表明，該節(jié)點(diǎn)施工方便，安全快捷，用料節(jié)省，造價(jià)較低，適合于在工程中推廣應(yīng)用。


圖1是本實(shí)用新型的平面示意圖；圖2是本實(shí)用新型中鋼管的立面圖。
圖中鋼管1、通孔11、環(huán)梁12、槽鋼2、梁3、主筋31。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述，但不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的任何限制。
如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型的半穿心式內(nèi)牛腿鋼管混凝土柱單梁節(jié)點(diǎn)，包括鋼管1和槽鋼2，在四個(gè)方向的鋼管1壁上均設(shè)有可于水平向穿過槽鋼2的兩個(gè)通孔11，兩條槽鋼2的一端穿過通孔11并伸入鋼管1內(nèi)且與鋼管1外壁固接后形成該方向梁3的半穿心式連接牛腿；槽鋼2伸入鋼管1內(nèi)的長(zhǎng)度約為鋼管1直徑的1/4。在鋼管1與槽鋼2的連接處外圍設(shè)有鋼筋混凝土環(huán)梁12，梁3的主筋31與槽鋼2搭接并伸入環(huán)梁12內(nèi)。
鋼管混凝土柱的單梁節(jié)點(diǎn)，受(傳)力合理可靠、整體性能好、構(gòu)造簡(jiǎn)單、材料較省而又便于施工。槽鋼2形成的牛腿在管壁內(nèi)側(cè)均不作焊接；節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)的全部梁縱筋和箍筋均作妥善彎錨處理而盡量不作焊接，這對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)近千個(gè)、伸錨入節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋較多和和較密集的情況，不但可減少大量的焊接工作，加快施工速度，同時(shí)避免了現(xiàn)場(chǎng)焊接操作難度大而影響質(zhì)量的問題。鋼管1外環(huán)的鋼筋混凝土環(huán)梁12，可配置環(huán)形和方形的多道水平加強(qiáng)鋼筋和加強(qiáng)箍，提高鋼管1外混凝土對(duì)鋼管1的緊箍力，使鋼牛腿、鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土三者組成一個(gè)協(xié)調(diào)良好的組合體，形成一個(gè)既抗剪又抗彎的剛節(jié)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種半穿心式內(nèi)牛腿鋼管混凝土柱單梁節(jié)點(diǎn)，包括鋼管(1)和槽鋼(2)，其特征是在至少1個(gè)方向的鋼管(1)壁上設(shè)有可于水平向穿過槽鋼(2)的兩個(gè)通孔(11)，兩條槽鋼(2)的一端穿過通孔(11)并伸入鋼管(1)內(nèi)后形成該方向梁(3)的半穿心式連接牛腿；在鋼管(1)與槽鋼(2)的連接處外圍設(shè)有鋼筋混凝土環(huán)梁(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土柱單梁節(jié)點(diǎn)，其特征是槽鋼(2)伸入鋼管(1)內(nèi)的長(zhǎng)度約為鋼管(1)直徑的1/4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼管混凝土柱單梁節(jié)點(diǎn)，其特征是梁(3)的主筋(31)與槽鋼(2)搭接并伸入環(huán)梁(12)內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種半穿心式內(nèi)牛腿鋼管混凝土柱單梁節(jié)點(diǎn)，包括鋼管和槽鋼，其中在至少1個(gè)方向的鋼管壁上設(shè)有可于水平向穿過槽鋼的兩個(gè)通孔，兩條槽鋼的一端穿過通孔并伸入鋼管內(nèi)且與鋼管壁外側(cè)固接后形成該方向梁的半穿心式連接牛腿在鋼管與槽鋼的連接處外圍設(shè)有鋼筋混凝土環(huán)梁。本實(shí)用新型具有可同時(shí)承受彎剪力、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的優(yōu)點(diǎn)，可用于高層、超高層建筑。
文檔編號(hào)E04B1/58GK2697175SQ20042004356
公開日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者陳星 , 羅赤宇, 黃襄云, 沈朝勇, 陳宗弼, 任珉, 容柏生, 周福霖 申請(qǐng)人:廣州大學(xué), 廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院